package com.kk.algorithm.dijkstra;

import java.util.Arrays;
/*
 * @Description:    迪杰斯特拉算法实现
 * @Author:         阿K
 * @CreateDate:     2021/2/11 14:58
 * @Param:
 * @Return:
**/
public class DijkstraAlgorithm {

    public static void main(String[] args) {

        char[] vertex = {'A', 'B', 'C', 'D', 'E', 'F', 'G'};
        // 邻接矩阵
        int[][] matrix = new int[vertex.length][vertex.length];
        final int N = 65535;// 表示不可以连接
        matrix[0] = new int[]{N, 5, 7, N, N, N, 2};
        matrix[1] = new int[]{5, N, N, 9, N, N, 3};
        matrix[2] = new int[]{7, N, N, N, 8, N, N};
        matrix[3] = new int[]{N, 9, N, N, N, 4, N};
        matrix[4] = new int[]{N, N, 8, N, N, 5, 4};
        matrix[5] = new int[]{N, N, N, 4, 5, N, 6};
        matrix[6] = new int[]{2, 3, N, N, 4, 6, N};
        // 创建 Graph对象
        Graph graph = new Graph (vertex, matrix);
        // 测试, 看看图的邻接矩阵是否ok
        graph.showGraph ( );
        // 测试迪杰斯特拉算法
        graph.dsj (6);
        graph.showDsj ();
    }


}

// 编写步骤，可以构建基础图到显示，后植入VisitedVertex
class Graph {
    private char[] vertex;  // 顶点数组
    private int[][] matrix; // 邻接矩阵
    private VisitedVertex visitedVertex;// 已经访问过的顶点的的集合

    // 构造器
    public Graph(char[] vertex, int[][] matrix) {
        this.vertex = vertex;
        this.matrix = matrix;
    }

    // 显示算法结果
    public void showDsj(){
        visitedVertex.show ();
    }

    // 显示图
    public void showGraph() {
        for (int[] link : matrix) {
            for (int node : link) {
                System.out.printf ("%12d", node);
            }
            System.out.println ( );
        }
    }

    // 更新 index下标顶点到周围顶点的距离 以及 周围顶点的前驱顶点
    private void update(int index) {
        int len = 0;
        // 根据节点索引 index ,遍历其在邻接矩阵的 matrix[index] 行(会得到当前节点和其他节点的关系)
        for (int i = 0; i < matrix[index].length; i++) {
            // len：出发顶点到index 顶点的距离 + 从 index顶点到 i 顶点的距离 的和
            len = visitedVertex.getDis (index) + matrix[index][i];
            // 如果 i 顶点没有被访问过，并且 len 小于出发顶点到 i 顶点的距离，就需要更新
            if (!visitedVertex.in (i) && len < visitedVertex.getDis (i)) {
                // 更新顶点 i 的前驱节点为 index顶点
                visitedVertex.updatePre (i, index);
                // 更新出发顶点到 i 顶点的距离
                visitedVertex.updateDis (i, len);
            }
        }
    }

    // 核心：迪杰斯特拉算法实现
    // 参数：index 表示出发顶点对应的下标
    public void dsj(int index){
        visitedVertex = new VisitedVertex (vertex.length,index);
        // 更新顶点 index 到周围顶点的距离 和前驱顶点
        update (index);
        for (int i = 0; i < vertex.length; i++) {
            // 选择并且返回新的访问节点
            index = visitedVertex.updateArr ();
            // 更新顶点 index 到周围顶点的距离和前驱节点
            update (index);
        }
    }
}

// 已访问的顶点集合（核心就是分析的三个数组）
class VisitedVertex {
    // 记录各个顶点是否访问过 1表示访问过,0未访问,会动态更新
    public int[] already_arr;
    // 每个下标对应的值为前一个顶点下标, 会动态更新，'0'->'A','6'->'G'
    public int[] pre_visited;
    // 记录出发顶点到其他所有顶点的距离,比如G为出发顶点，就会记录G到其它顶点的距离，会动态更新，求的最短距离就会存放到dis
    public int[] dis;

    /**
     * 构造器，初始化三个数组
     *
     * @param length：表示顶点的个数
     * @param index： 表示出发顶点对应的下标，eg: 顶点 G，下标就是 6
     */
    public VisitedVertex(int length, int index) {
        already_arr = new int[length];
        pre_visited = new int[length];
        dis = new int[length];
        // 初始化，数组内数据
        Arrays.fill (dis, 65535);
        this.already_arr[index] = 1;// 设置出发顶点被访问过
        this.dis[index] = 0;        // 设置出发顶点访问距离为
    }

    /**
     * 判断 index顶点是否被访问过
     *
     * @param index
     * @return 若访问过就返回 true，否则就返回 false
     */
    public boolean in(int index) {
        return already_arr[index] == 1;
    }

    /**
     * 更新出发顶点到index顶点的距离
     *
     * @param index
     * @param len
     */
    public void updateDis(int index, int len) {
        dis[index] = len;
    }

    /**
     * 更新顶点 pre的前驱顶点为 index顶点
     *
     * @param pre
     * @param index
     */
    public void updatePre(int pre, int index) {
        pre_visited[pre] = index;
    }

    /**
     * 返回出发顶点到index的距离
     *
     * @param index
     * @return
     */
    public int getDis(int index) {
        return dis[index];
    }

    // 继续选择并返回新的访问顶点
    // eg：比如这里的 G节点走完之后，就是A 节点作为新节点开始访问顶点（注意不是作为出发顶点，而是继续，出发顶点仍是G）
    public int updateArr() {
        int min = 65535, index = 0;
        for (int i = 0; i < already_arr.length; i++) {
            if (already_arr[i] == 0 && dis[i] < min) {// 如果未访问过，并且可以连通
                min = dis[i];
                index = i;
            }
        }
        // 更新 index顶点被访问过，并返回
        already_arr[index] = 1;
        return index;
    }

    // 显示最终结果（既 三个数组的遍历）
    public void show(){
        System.out.println ("--------------------美丽的分割线----------------------------" );
        // 输出already_arr 被访问情况
        for (int i : already_arr) {
            System.out.print (i+" " );
        }
        System.out.println ( );
        // 输出pre_visited 节点的前驱节点
        for (int i : pre_visited) {
            System.out.print (i+" " );
        }
        System.out.println ( );
        // 输出dis    节点间距离
        for (int di : dis) {
            System.out.print (di+" " );
        }
        System.out.println ( );
        // 为了更好的看到效果，处理输出
        char[] vertex = { 'A', 'B', 'C', 'D', 'E', 'F', 'G' };
        int count = 0;
        for (int i : dis) {
            if (i != 65535) {
                System.out.print (vertex[count]+"【"+i+"】");
            }else {
                System.out.println ("N " );
            }
            count++;
        }
        System.out.println ( );
    }
}
